El paso en serie es el proceso de crecimiento de bacterias o virus en iteraciones. Por ejemplo, se puede cultivar un virus en un entorno y luego una parte de esa población de virus se puede eliminar y colocar en un nuevo entorno. Este proceso se repite con tantas etapas como se desee y luego se estudia el producto final, a menudo en comparación con el virus original.
Este tipo de transmisión facilitada a menudo se lleva a cabo en un laboratorio, porque es de interés científico observar cómo evoluciona el virus o la bacteria que se transmite a lo largo del experimento. En particular, el pase en serie puede resultar bastante útil en estudios que buscan alterar la virulencia de un virus u otro patógeno . Una consecuencia de esto es que el pase en serie puede ser útil en la creación de vacunas , ya que los científicos pueden aplicar el pase en serie y crear una cepa de un patógeno que tiene baja virulencia, pero que tiene una inmunogenicidad comparable a la cepa original. [1] Esto también puede crear cepas que son más transmisibles además de menor virulencia, como lo demuestra el paso de A/ H5N1 en hurones. [2]
Los pases en serie pueden realizarse in vitro o in vivo . En el método in vitro, se aislará un virus o una cepa de bacteria y se le permitirá crecer durante un tiempo determinado. Una vez que la muestra haya crecido durante ese tiempo, parte de ella se transferirá a un nuevo entorno y se le permitirá crecer durante el mismo período. [3] [4] Este proceso se repetirá tantas veces como se desee.
Alternativamente, se puede realizar un experimento in vivo en el que un animal está infectado con un patógeno y a este patógeno se le da tiempo para crecer en ese huésped antes de que se extraiga una muestra del mismo y se pase a otro huésped. Este proceso se repite para una cierta cantidad de hosts; el experimento individual determina este número.
Cuando se realizan pases en serie in vitro o in vivo, el virus o la bacteria pueden evolucionar mutando repetidamente . Identificar y estudiar las mutaciones que ocurren a menudo revela información sobre el virus o la bacteria que se está estudiando. En consecuencia, una vez realizado el pase en serie, puede resultar valioso comparar el virus o la muestra de bacteria resultante con el original, observando cualquier mutación que haya ocurrido y sus efectos colectivos. Pueden ocurrir varios resultados significativos. La virulencia del virus puede cambiarse [5] o un virus podría evolucionar para adaptarse a un entorno huésped diferente al que normalmente se encuentra. [5] Se necesitan relativamente pocos pasajes para producir un cambio notable en un virus; por ejemplo, un virus normalmente puede adaptarse a un nuevo huésped en aproximadamente diez pasajes. [5]
Debido a que el pase en serie permite una rápida evolución de un virus hacia su huésped, puede usarse para estudiar la evolución de la resistencia a los antibióticos; concretamente, para determinar qué mutaciones podrían conducir al desarrollo de resistencia a los antibióticos. [6]
La técnica del paso en serie existe desde el siglo XIX. En particular, el trabajo de Louis Pasteur con la vacuna contra la rabia a finales del siglo XIX ejemplifica este método. [7]
Pasteur creó varias vacunas a lo largo de su vida. Su trabajo anterior a la rabia implicaba la atenuación de patógenos, pero no mediante pases en serie. En particular, Pasteur trabajó con el cólera y descubrió que si cultivaba bacterias durante largos períodos de tiempo, podía crear una vacuna eficaz. [7] [8] Pasteur pensó que había algo especial en el oxígeno y por eso pudo atenuar (crear una versión menos virulenta de) las bacterias. Pasteur también intentó aplicar este método para crear una vacuna contra el ántrax , aunque con menos éxito. [7]
A continuación, Pasteur quiso aplicar este método para crear una vacuna contra la rabia. Sin embargo, la rabia, sin que él lo supiera, era causada por un virus, no por un patógeno bacteriano como el cólera y el ántrax, y por esa razón la rabia no podía cultivarse de la misma manera que el cólera y el ántrax. [8] Los métodos para el paso en serie de virus in vitro no se desarrollaron hasta la década de 1940, cuando John Enders , Thomas Huckle Weller y Frederick Robbins desarrollaron una técnica para esto. Posteriormente, estos tres científicos ganaron el Premio Nobel por su importante avance. [9]
Para solucionar este problema, Pasteur trabajó con el virus de la rabia in vivo. [7] [8] En particular, tomó tejido cerebral de un perro infectado y lo trasplantó a otro perro, repitiendo este proceso varias veces y realizando así pases en serie en perros. [7] Estos intentos aumentaron la virulencia del virus. [7] Luego, se dio cuenta de que podía poner tejido de perro en un mono para infectarlo y luego realizar un pasaje en serie en monos. [7] Después de completar este proceso e infectar a un perro con el virus resultante, Pasteur se dio cuenta de que el virus era menos virulento. [7] Principalmente, Pasteur trabajó con el virus de la rabia en conejos. [8] En última instancia, para crear su vacuna contra la rabia, Pasteur utilizó un método simple que implicaba secar el tejido. Como se describe en su cuaderno:
En una serie de matraces en los que el aire se mantiene seco... cada día se suspende un espesor de tejido espinal fresco de conejo extraído de un conejo muerto de rabia. Además, cada día se inocula bajo la piel de un perro 1 ml de caldo esterilizado, en el que se ha dispersado un pequeño fragmento de uno de estos trozos de columna desecados, empezando por un trozo más alejado en el tiempo de cuando fue trabajado, en para estar seguros de que no es nada virulento. [7]
Pasteur utilizó principalmente otras técnicas además del pase en serie para crear sus vacunas. Sin embargo, la idea de atenuar un virus mediante pases en serie sigue siendo válida.
Una forma de atenuar un virus a un huésped es transmitirlo a una especie diferente. [5] La idea es que, a medida que una cepa de un virus se adapta más a una especie diferente, esa cepa se adaptará menos al huésped original, disminuyendo así su virulencia con respecto al huésped original. [5] Este es el principio implícito que Louis Pasteur estaba utilizando sin saberlo cuando transmitió el virus de la rabia a los monos y terminó con un virus que era menos peligroso para los perros, por ejemplo. [7]
El proceso de pases en serie produce una vacuna viva . Esto tiene ventajas y desventajas. En particular, las vacunas vivas son a veces más eficaces y más duraderas que las inactivadas u otros tipos de vacunas. [10] [11] Sin embargo, así como el virus evolucionó para atenuarse, puede evolucionar a la inversa en el huésped y provocar una infección. [11]
Los investigadores han realizado muchos experimentos utilizando pasajes en serie. Algunos de los usos experimentales del paso en serie incluyen cambiar la virulencia de un virus, estudiar la evolución adaptativa o la evolución potencial de enfermedades zoonóticas a nuevos huéspedes y estudiar la resistencia a los antibióticos .
Cuando se desarrollan vacunas contra virus, el énfasis está en atenuar el virus o disminuir su virulencia en un huésped determinado. A veces resulta útil emplear pases en serie para aumentar la virulencia de un virus. Por lo general, cuando se realizan pases en serie en una especie, el resultado es un virus que es más virulento para esa especie. [5]
Por ejemplo, un estudio [12] utilizó pases en serie en babuinos para crear una cepa de VIH-2 que es particularmente virulenta para los babuinos. Las cepas típicas de VIH-2 sólo infectan lentamente a los babuinos. [12] Esta especificidad dificulta que los científicos utilicen el VIH-2 en modelos animales de VIH-1, porque los animales en el modelo solo mostrarán síntomas lentamente. Sin embargo, la cepa más virulenta del VIH-2 podría resultar práctica para su uso en modelos animales. [12]
Otro estudio realizado por Kanta Subbaro implicó un experimento de pases en serie en el que se infectaron ratones con SARS . [13] El SARS generalmente no enferma particularmente a los ratones; sin embargo, después de que el virus pasó por varios pases en los ratones, se volvió letal. [13]
Cambiar la virulencia del SARS de esta manera fue importante, porque sin una forma virulenta de SARS para infectar a los animales de laboratorio, los científicos no habrían podido probar los efectos del SARS en un modelo animal. [13]
De manera más general, este experimento también refleja un principio médico general: la virulencia de un virus está mediada por la dificultad de su transmisión.
Generalmente, si un virus mata a su huésped demasiado rápido, éste no tendrá oportunidad de entrar en contacto con otros huéspedes y transmitir el virus antes de morir. En el pase en serie, cuando un virus se transmite de un huésped a otro independientemente de su virulencia, como en el experimento de Subbaro, se seleccionan los virus que crecen más rápido (y, por lo tanto, son los más virulentos). [13]
Este principio tiene implicaciones para la salud pública, porque sugiere que, en áreas muy densamente pobladas o superpobladas, como barrios marginales o instalaciones de cuarentena grupal , la selección natural puede favorecer virus más virulentos.
Esto también ayuda a explicar por qué es tan importante una buena higiene. Una buena higiene previene virus altamente virulentos al reducir la capacidad de transmisión de los patógenos. [13]
Se han utilizado pases en serie para producir SARS-CoV-2 adaptado al ratón. [14]
El virus H5N1 es una cepa de influenza particularmente letal . Actualmente puede infectar a los humanos, pero no es contagioso entre humanos. Aún así, se sabe que más de 600 personas en todo el mundo han muerto a causa del virus H5N1 transmitido por animales, [13] por lo que la transmisibilidad del virus es una gran preocupación para los científicos.
Se han realizado varios experimentos de pases en serie para determinar la viabilidad de que el virus se vuelva transmisible en humanos. En particular, Ron Fouchier y sus colegas realizaron un experimento de pasajes en serie de 10 pasos en hurones. [13] Al hacerlo, crearon una cepa de influenza que no solo infectaba a los hurones, sino que era transmisible entre hurones. [13] En particular, esta cepa era muy similar a la cepa original con la que habían infectado al primer hurón; en otras palabras, solo fueron necesarias unas pocas mutaciones para que el virus se volviera transmisible entre hurones. [13] [15] De manera similar, el investigador Yoshihiro Kawaoka descubrió que es necesaria una sola mutación para que el virus sea transmisible en los hurones. [15]
Tanto la investigación de Fouchier como la de Kawaoka fueron inicialmente censuradas, por implicaciones para el bioterrorismo . [15] La investigación se publicó más tarde, pero siguió siendo controvertida. [15]
El paso en serie es una técnica artificial que se utiliza en un laboratorio, en lugar de un proceso natural. En consecuencia, se desconoce la probabilidad de que el virus H5N1 realmente mute para volverse transmisible en humanos; sin embargo, el investigador Derek Smith creó un modelo evolutivo para demostrar que esto es posible. [13]
Otro uso del pase en serie es comprender cómo los patógenos se adaptan a nuevas especies. Al introducir un patógeno en una nueva especie huésped y realizar pases en serie, los científicos pueden observar cómo el patógeno se adapta a su nuevo huésped e identificar las mutaciones que permiten esta adaptación. [5]
{{cite journal}}: Mantenimiento CS1: varios nombres: lista de autores ( enlace )Gu et. Alabama. También generó un SARS-CoV-2 adaptado al ratón a partir de pases en serie del aislado clínico humano BetaCov/human/CHN/Beijing_IME-BJ05/2020 en ratones de edad avanzada (Gu et al., 2020). [...] De manera similar, el SARS-CoV-2 adaptado al ratón se produce mediante pases en serie del virus en los pulmones del ratón, lo que reduce la potencia del virus pero, por otro lado, también aumenta las posibilidades de mutaciones.
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